KR20240097551A - 약액 가열시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 약액 가열시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 및 디스플레이 소자의 제조공정에서 가열된 고온의 약액을 안정적으로 공급하여 기판에 분사하도록 함으로써 제조공정의 효율을 높이고 공정 불량을 방지하는 약액 가열시스템에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 내부에 유로가 형성된 바디; 상기 유로로 약액을 공급하는 인풋라인; 상기 유로에 인입된 약액을 가열하는 가열수단; 상기 가열수단을 통해 가열된 약액을 배출하는 아웃풋라인; 상기 유로에 배치되어 상기 유로를 상호 독립된 2개의 공간으로 구획하며, 상기 인풋라인에서 공급되는 약액에 의해 이동하는 구획수단; 및 상기 인풋라인과 상기 아웃풋라인의 개폐를 제어하는 제어수단;을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

약액 가열시스템{Chemical heating system}
본 발명은 약액 가열시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 및 디스플레이 소자의 제조공정에서 가열된 고온의 약액을 안정적으로 공급하여 기판에 분사하도록 함으로써 제조공정의 효율을 높이고 공정 불량을 방지하는 약액 가열시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조과정으로는 리소그래피(lithography), 증착(Deposition) 및 식각(etching), 감광제(Photoresist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 세정 및 건조공정이 있다. 상기 복수의 공정이 반복적으로 수행되며 여러 종류의 약액이 사용되는데, 약액의 온도가 높을수록 높아지는 에너지를 이용하기 위해 고온으로 가열된 약액을 주로 사용하고 있다.
또한 상기의 공정을 거치는 동안 기판 상에는 파티크(Particle), 유기물, 금속이온 등의 오염물이 발생하는데, 세정공정은 이러한 오염물을 다양한 화학 약품을 사용하여 제거하는 공정으로, 소자의 특성과 생산 수율을 좌우하는 매우 중요한 공정이다.
이러한 세정공정을 좀 더 상세히 살펴보면, 세정을 위한 화학 약품, 즉 약액은 기판을 세정하기 위한 위치에서 노즐을 통해 분사되는데, 이때 세정효율을 높이기 위해 상기 약액을 일정한 온도로 가열하여 기판에 분사한다.
일 예로 상기 약액을 과산화수소와 암모늄의 혼합물인 SC-1인 경우 이를 70~80℃로 가열하여 공급하여 세정이 이루어지는데, 약액을 가열하여 공급하는 과정에서 약액의 공급장치 및 가열장치는 세정장비와는 별개로 이루어져 여러 가지 성분의 화학 약품을 특정 농도로 혼합하는 과정과 동시에 가열이 이루어진다.
특히 감광제를 제거하기 위해 공급되는 황산과 과산화수소가 혼합된 약액은 120~150℃로 가열된 후 공급되며, 공급된 혼합 용액을 기판에 분사하기 전에 노즐에 추가적인 과산화수소를 공급하여 화학적 발열반응으로 더 상승된 온도로 기판에 공급되기도 한다.
이러한 약액 가열장치의 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-2346370호(2021.12.29., 등록)가 있는데, 상기 종래기술은 ‘약액 가열장치와 액약 가열방법’에 관한 것으로, 약액 공급관과 가열부 사이에 열전도도가 높은 열전달부를 구비하여 약액공급관의 둘레를 골고루 가열하고 국부적인 과열로 인한 불균형과 기포의 발생을 막아 이로 인한 공정 사고를 방지하기 위한 것이다.
이를 위해 상기 종래기술은 약액이 공급되는 유로를 제공하는 약액공급관과, 상기 약액공급관의 외측면 둘레에 구비되는 열전달부, 상기 열전달부의 외측면에 설치되는 가열부를 포함한다.
상기와 같이 이루어진 종래기술은 약액공급관을 열전달부와 가열부를 통해 골고루 가열함으로써 약액공급관에서 제공된 유로를 통해 이동하는 약액을 골고루 가열할 수 있도록 구성되나, 약액공급관의 유로로 인입되는 약액과 배출되는 약액이 연속적으로 혼합되기 때문에 가열되는 약액의 온도를 일정하게 유지하기 어렵고, 연속적으로 공급되는 약액을 가열하여 일정한 배출온도를 형성하기 위해서는 배출온도 이상으로 연속 가열해야 하기 때문에 열손실이 많은 단점이 있고, 이로 인한 비용 상승의 문제점이 있었다.
또한 종래기술의 다른 예로서, 대한민국 등록특허 제10-1395248호(2014.05.08., 등록)가 있는데, 상기 종래기술은 ‘노즐 유닛’에 관한 것으로, 노즐 내부에 잔류하는 약액의 제거가 용이한 노즐 유닛을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 상기 종래기술은 약액을 수용하며 원형의 단면을 갖는 내부공간 및 상기 내부공간과 연결되어 상기 약액을 하방으로 토출하는 토출구를 갖는 몸체와, 상기 몸체의 측면에 구비되어 제1약액을 상기 내부공간으로 공급하는 제1공급포트와, 상기 몸체의 측면에 구비되어 제2약액을 상기 내부공간으로 공급하는 제2공급포트와, 상기 몸체의 상면에 구비되어 상기 내부공간을 크리닝하기 위한 고온의 초순수를 공급하는 제3공급포트를 포함한다.
상기와 같이 이루어진 종래기술은, 황산 및 과산화수소 등과 같이 혼합 대상 약품이 노즐에서 혼합된 후 바로 분사되는 구조로 이루어지기 때문에 혼합된 약액의 온도를 상승시키기 어려운 문제점이 있고, 특히 약액을 원하는 온도로 분사하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 혼합 과정에서 발생하는 화학 반응으로 다량의 미스트가 발생하여 배기됨으로써 약액의 손실량도 증가하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-2346370호(2021.12.29., 등록) 대한민국 등록특허 제10-1395248호(2014.05.08., 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 바디에 형성된 유로로 인입된 약액과 가열수단에 의해 가열된 약액이 혼합되는 것을 최소화하여 약액의 가열 효율을 높일 수 있는 약액 가열시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 바디에 인입된 약액을 가열하기 위한 가열수단이 상기 바디의 외측에서 바디를 감싸며 배치됨으로써 가열 효율을 높일 수 있고, 상기 가열수단에서 발생한 가열에너지를 상기 바디측으로 전달하는 열복사수단을 통해 낭비되는 가열 에너지를 최소화할 수 있는 약액 가열시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 세정장치와 같은 본체에 직접 설치가 가능하도록 구성되어 별도의 약액공급장치에서 약액을 가열할 필요가 없어 전체 장비의 부피를 줄일 수 있고 다양한 본체에 설치가 가능하여 활용도가 높은 약액 가열시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
내부에 유로가 형성된 바디;
상기 유로로 약액을 공급하는 인풋라인;
상기 유로에 인입된 약액을 가열하는 가열수단;
상기 가열수단을 통해 가열된 약액을 배출하는 아웃풋라인;
상기 유로에 배치되어 상기 유로를 상호 독립된 2개의 공간으로 구획하며, 상기 인풋라인에서 공급되는 약액에 의해 이동하는 구획수단; 및
상기 인풋라인과 상기 아웃풋라인의 개폐를 제어하는 제어수단;을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 바디에는, 상기 유로에 인입 및 가열된 약액의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 가열수단의 동작을 제어하는 온도제어수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 바디는, 외부에서 상기 유로를 확인할 수 있도록 투명 소재로 형성되거나 또는 확인창이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 바디에는, 상기 가열수단에서 배출된 가열용 에너지를 상기 바디측으로 전달하기 위한 열복사수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 인풋라인과 상기 아웃풋라인은, 복수 개가 상기 바디에 독립적으로 결합되고, 각각 인풋라인과 아웃풋라인에는 개폐조절용 개폐밸브가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
나아가 상기 바디에 인입되는 가열된 약액의 이동을 제어하는 유량제어장치가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 저온 상태로 인입되는 약액과 가열수단에 의해 가열된 약액이 연속적으로 혼합되는 것을 최소화하여 가열수단을 통해 가열하는 효율을 높일 수 있고, 이를 통해 가열에 소요되는 시간을 최소화하여 신속한 배출이 가능하여 세정공정 등의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 세정공정장치와 같은 본체에 직접 설치할 수 있고 다양한 장치에 설치가 가능하여 활용도가 넓은 장점이 있다.
또한 본 발명은 약액이 이동하는 유로가 형성된 바디의 외측에 가열수단이 배치되되 상기 가열수단이 바디를 감싸며 배치되고 나아가 상기 가열수단에서 발생한 가열에너지를 바디측으로 전달함으로써 열손실을 최소화할 수 있고, 단시간에 약액을 가열할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 가열시스템을 개략 도시한 예시도.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 가열시스템의 동작 상태를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 가열시스템을 개략 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 가열시스템의 단면을 도시한 예시도.
이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 약액 가열시스템의 바람직한 구현예를 설명하도록 한다.
먼저 본 발명에 따른 약액 가열시스템(1)은, 내부에 유로(11)가 형성된 바디(10)와, 상기 유로(11)로 약액을 공급하는 인풋라인(20)과, 상기 유로(11)에 인입된 약액을 가열하는 가열수단(30)과, 상기 가열수단(30)을 통해 가열된 약액을 배출하는 아웃풋라인(40)과, 상기 유로(11)에 배치되어 상기 유로(11)를 상호 독립된 2개의 공간으로 구획하며, 상기 인풋라인(20)에서 공급되는 약액에 의해 이동하는 구획수단(50) 및 상기 인풋라인(20)과 상기 아웃풋라인(40)의 개폐를 제어하는 제어수단(60)을 포함한다.
상기 바디(10)는 내부에 약액이 이동하는 유로(11)가 형성된 함체 형태로 이루어진 것으로, 상기 유로(11)를 외부에서 확인할 수 있도록 투명한 재질로 이루어지거나 일부에 유리 또는 투명한 합성수지재로 이루어진 확인창(도면 중 미도시됨)이 형성될 수 있다.
또한 상기 바디(10)는 내부에 상기 유로(11)가 형성되고 상기 유로(11)에 후술하는 인풋라인(20)과 아웃풋라인(40)이 결합되는 것으로, 원통형 또는 다각형 등 다양한 변경이 가능하고, 이러한 형상의 변경은 결합되는 본체에 대응하여 변경될 수 있다.
그리고 상기 바디(10)에는 상기 유로(11)를 이동하는 약액의 온도를 감지하기 위한 온도센서(12)가 배치되는데, 이때 배치되는 온도센서(12)는 상대적으로 저온 상태의 약액이 인입되는 인풋라인(20)측과 후술하는 가열수단(30)에 의해 가열되어 상대적으로 고온 상태의 약액이 배출되는 아웃풋라인(40)측에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 온도센서(12)에서 감지한 감지값을 전달 받아 상기 유로(11)를 이동하는 약액의 온도를 실시간으로 확인한 후 기 저장된 기준값과 대비하여 후술하는 가열수단(30)의 동작을 제어하는 온도제어수단(13)이 더 배치된다.
여기서 상기 온도제어수단(13)은 상기 온도센서(12)와 유선 또는 무선 통신 가능하게 연결되며, 상기 유로(11)를 이동하는 약액의 종류 및 배출 온도의 조건을 각각의 기준값으로 저장한 후 저장된 기준값을 상기 온도센서(12)에서 감지한 감지값과 대비하여 가열수단(30)의 동작을 제어한다.
한편, 상기 바디(10)에는 후술하는 가열수단(30)에서 발생한 가열에너지를 상기 바디(10)측으로 전달하기 위한 열복사수단(70)이 더 구비되는데, 상기 열복사수단(70)은 후술하는 가열수단(30)의 외측에 배치되어 상기 가열수단(30)을 통해 발생한 가열에너지를 상기 바디(10)측으로 전달한다.
이러한 열복사수단(70)은 일측으로 볼록하게 굴곡진 호(弧)형으로 이루어진 금속판재로 이루어질 수 있고, 다수 개가 상기 바디(10)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 인풋라인(20)은 상기 바디(10)에 저온 상태의 약액을 공급하기 위한 것으로, 복수 개가 상기 바디(10)에서 상호 이격된 위치에 배치된다.
여기서 상기 인풋라인(20)은 상기 바디(10)에서 상호 대칭되는 방향에 각각 배치되어 어느 하나가 개방되어 약액이 인입되면 다른 하나는 폐쇄되는 형태로 구성된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바디(10)의 유로(11)에 인입되는 약액의 방향을 상기 바디(10)의 길이 방향 양단에서 각각 독립적으로 구성되어 어느 하나가 개방되어 약액이 인입되면 다른 하나는 폐쇄되고 폐쇄된 방향측에 구비된 아웃풋라인(40)이 개방되면서 가열된 약액을 배출하는 것이다.
상기 가열수단(30)은 상기 유로(11)에 인입된 약액을 가열하기 위한 것으로, 인가된 전원 및 신호에 의해 동작하면서 발열하는 히터로 이루어진다.
여기서 상기 가열수단(30)을 구성하는 히터는 상기 바디(10)의 외주면을 감싸도록 배치되는 다수 개의 히터봉으로 이루어질 수 있고, 다른 예로 상기 바디(10)가 내부에 인입되는 원통형으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 가열수단(30)은 상술한 열복사수단(70)과 상기 바디(10) 사이에 배치되어 상기 바디(10)측을 향한 일측에서 배출된 가열에너지가 직접 바디(10)를 가열하고, 상기 열복사수단(70)측을 향한 타측에서 배출된 가열에너지는 열복사수단(70)에서 반사되어 바디(10)로 전달됨으로써 가열 효율을 극대화한다.
상기 아웃풋라인(40)은 상기 바디(10)에 결합되어 유로(11)를 통해 이동하되 상기 가열수단(30)에 의해 가열되어 상대적으로 높은 온도를 가지는 약액을 배출하는 것으로, 이러한 아웃풋라인(40)은 상기 바디(10)에서 복수 개가 상호 이격된 위치에 배치된다.
여기서 상기 아웃풋라인(40)은 상술한 인풋라인(20)과 대칭되게 배치되는데, 즉 상기 바디(10)에 형성된 유로(11)의 길이 방향 양단에 각각 결합되어 어느 하나가 개방되면 다른 하나는 폐쇄되도록 구성된다.
이때 상기 아웃풋라인(40)의 개방 및 폐쇄는 상기 인풋라인(20)과 서로 반대로 동작하도록 구성되는 것으로, 이러한 동작관계에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
한편 상기 아웃풋라인(40)은 상기 바디(10)에서 상방측을 향해 배치되는 것이 바람직한데, 이는 유로(11)에서 약액이 가열되는 과정에서 발생하는 기체를 배기하기 위한 것이다.
상기 구획수단(50)은 상기 유로(11)에 배치되어 상기 유로(11)를 상호 독립된 2개의 공간으로 구획하며, 상기 인풋라인(20)에서 공급되는 약액에 의해 이동하는 것으로, 편평한 플레이트 형태로 이루어져 상기 유로(11)에 배치된다.
이러한 구획수단(50)은 상기 유로(11)에서 이동 가능하게 배치되고, 상기 인풋라인(20)에서 인입되는 약액에 의해 가압되면서 유로(11)에서 가열된 약액을 개방된 아웃풋라인(40)측으로 밀어내어 배출한다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 바디(10)에 형성된 유로(11)에 상기 구획수단(50)이 배치된 상태에서 상기 가열수단(30)에 의해 유로(11)의 약액이 가열되어 소정의 온도가 되면 이를 아웃풋라인(40)을 통해 배출하는데, 이때 가열된 약액을 상기 유로(11)의 길이 방향 양측에 결합된 한 쌍의 아웃풋라인(40) 중 어느 일측을 개방하여 외부로 배출하고 동시에 다른 일측의 인풋라인(20)을 개방하여 상대적으로 저온 상태의 약액을 유로(11)로 인입시킨다.
이때 인입되는 저온 상태의 약액의 인입 압력에 의해 상기 구획수단(50)은 반대 방향으로 밀어내면서 가열된 약액을 개방된 아웃풋라인(40)측으로 밀어낸다.
여기서 개방된 아웃풋라인(40)측에 배치된 인풋라인(20)은 폐쇄되고, 개방된 인풋라인(20)측에 배치된 아웃풋라인(40)은 폐쇄된다.
이후 개방된 인풋라인(20)에서 인입된 약액은 가열수단(30)에 의해 가열되고, 소정의 온도로 가열되면 상술한 동작에서 개방되었던 인풋라인(20)은 폐쇄되고, 폐쇄된 인풋라인이 개방되면서 저온의 약액이 인입되고, 폐쇄되었던 아웃풋라인(40)이 개방되면서 가열된 약액을 유로의 외부로 배출한다.
상기의 동작을 반복하면서 저온 상태로 인입된 약액을 가열한 후 배출하고, 가열된 약액을 배출함과 동시에 저온 상태의 약액이 인입되어 연속적인 가열이 가능하고, 저온 상태의 약액과 고온 상태의 약액이 상호 혼합되지 않기 때문에 가열 효율이 높은 장점이 있다. 또한 상술한 바와 같이 연속적인 가열이 가능하기 때문에 고온 상태의 약액을 신속하게 공급할 수 있는 것이다.
상기 제어수단(60)은 상기 인풋라인(20)과 상기 아웃풋라인(40)의 개폐를 제어하는 것으로, 상기 바디(10)에 구비된 온도센서(12) 및 온도제어수단(13)과 연동하여 동작하고, 특히 상기 온도제어수단(13)으로부터 신호를 전달 받아 상기 유로(11)의 길이 방향 양측에서 각각 배치된 복수 개의 인풋라인(20)과 아웃풋라인(40)의 개방 또는 폐쇄를 조절한다.
이때 상기 인풋라인(20)과 아웃풋라인(40)에는 각각 개폐조절용 개폐밸브(80)가 구비되며, 상기 개폐밸브(80)의 동작을 상기 제어수단(60)을 통해 제어한다.
한편 본 발명이 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바디(10)에 인입되는 가열된 약액의 이동을 제어하는 유량제어장치(90)가 더 구비된다.
상기 유량제어장치(90)는 유체유량제어기(LFC : Liquod Flow Controller)로 구성되어 약액의 유량을 실시간으로 제어할 수 있다.
이는 일반적으로 세정을 위해 공급되는 약액의 유량은 공정에 적절하게 제어되어야 하며 온도에 민감하기 때문에 온도에 민감한 유량제어장치(90)를 저온 상태의 약액이 공급되는 측에 배치하여 저온 상태의 약액 온도를 측정하고 이를 통해 유량을 제어한다.
인입되는 약액의 유량과 배출되는 약액의 유량은 동일한데, 이는 약액 자체가 비압축성인 유체이기 때문이며 따라서 상기 유량제어장치(90)를 통해 인입되는 약액의 유량을 제어하면 동시에 배출되는 약액의 유량도 제어된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 약액 가열시스템
10 : 바디
11 : 유로 12 : 온도센서
13 : 온도제어수단
20 : 인풋라인
30 : 가열수단
40 : 아웃풋라인
50 : 구획수단
60 : 제어수단
70 : 열복사수단
80 : 개폐밸브
90 : 토출제어장치

Claims (6)

  1. 내부에 유로(11)가 형성된 바디(10);
    상기 유로(11)로 약액을 공급하는 인풋라인(20);
    상기 유로(11)에 인입된 약액을 가열하는 가열수단(30);
    상기 가열수단(30)을 통해 가열된 약액을 배출하는 아웃풋라인(40);
    상기 유로(11)에 배치되어 상기 유로(11)를 상호 독립된 2개의 공간으로 구획하며, 상기 인풋라인(20)에서 공급되는 약액에 의해 이동하는 구획수단(50);
    상기 인풋라인(20)과 상기 아웃풋라인(40)의 개폐를 제어하는 제어수단(60);을 포함한 것을 특징으로 하는 약액 가열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 바디(10)에는,
    상기 유로(11)에 인입 및 가열된 약액의 온도를 감지하는 온도센서(12)와,
    상기 가열수단(30)의 동작을 제어하는 온도제어수단(13)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 약액 가열시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 바디(10)는,
    외부에서 상기 유로(11)를 확인할 수 있도록 투명 소재로 형성되거나 또는 확인창이 형성된 것을 특징으로 하는 약액 가열시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 바디(10)에는,
    상기 가열수단(30)에서 배출된 가열용 에너지를 상기 바디(10)측으로 전달하기 위한 열복사수단(70)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 약액 가열시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인풋라인(20)과 상기 아웃풋라인(40)은, 복수 개가 상기 바디(10)에 독립적으로 결합되고,
    각각 인풋라인(20)과 아웃풋라인(40)에는 개폐조절용 개폐밸브(80)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 약액 가열시스템.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바디(10)에 인입되는 가열된 약액의 이동을 제어하는 유량제어장치(90)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 약액 가열시스템.
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